本发明专利技术提供了一种级联型式的超临界二氧化碳动力循环系统，包括直燃加热超临界二氧化碳循环子系统和间接加热超临界二氧化碳循环子系统，由二氧化碳泵、中间冷却器、高低温回热器、燃烧室、高低温透平、发电机、冷却器、水分离器、冷凝器、二氧化碳收集装置、高温热交换器等构成。本发明专利技术还提供了一种级联型式的超临界二氧化碳动力循环方法，将直燃加热超临界二氧化碳循环子系统的透平排气热量作为间接加热超临界二氧化碳循环子系统的主加热器热源，实现二者优势互补。本发明专利技术系统能量利用率高，热端温度高，循环效率高，且可吸收外部低品位热量并以高效率发电，系统不排放污染物，100％捕集二氧化碳，系统无压缩机，设备简化，可靠性高。
A cascade type of supercritical carbon dioxide power cycle system and method
【技术实现步骤摘要】
一种级联型式的超临界二氧化碳动力循环系统及方法
本专利技术涉及一种级联型式的超临界二氧化碳动力循环系统及方法，属于动力循环
技术介绍
超临界二氧化碳动力循环是当前的研究热点，其循环效率高，用途广，具有良好的应用前景。超临界二氧化碳动力循环可分为两类：一类采用直燃加热方式，超临界二氧化碳在燃烧器中被燃气直接加热至高温，燃烧产物在透平出口后的处理工艺中排放或收集；另一类采用间接加热方式，超临界二氧化碳由主加热器加热至高温，主加热器可由燃料燃烧、聚光太阳能热、核能等多种方式提供热量。由于直燃加热可以获得高的初参数，且超临界二氧化碳循环采用回热、临界点附近压缩减少耗功，使直燃加热循环具有远高于间接加热循环的热效率。但是，直燃加热的超临界二氧化碳循环透平进气温度和压力高，在最优膨胀比下，透平排气温度过高，材料许用应力难以满足要求，无法直接进入回热器，这就不得不增大膨胀比，从而就需要在冷端增加压缩设备，导致循环效率损失。因此，如何充分发挥间接加热与直燃加热的超临界二氧化碳循环各自的优势，屏蔽其缺陷，构建高效率的超临界二氧化碳动力循环系统，是本领域技术人员致力于解决的难题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是如何充分发挥间接加热与直燃加热的超临界二氧化碳循环的优势，构建高效率的超临界二氧化碳动力循环系统。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供一种级联型式的超临界二氧化碳动力循环系统，其特征在于：包括直燃加热超临界二氧化碳循环子系统和间接加热超临界二氧化碳循环子系统；所述直燃加热超临界二氧化碳循环子系统包括第一二氧化碳泵，第一二氧化碳泵出口连接中间冷却器进口，中间冷却器出口连接第二二氧化碳泵进口，第二二氧化碳泵出口连接第一低温回热器低温侧进口，第一低温回热器低温侧出口连接第一高温回热器低温侧进口，第一高温回热器低温侧出口连接燃烧室工质进口，燃烧室工质出口连接高温透平进口，高温透平连接发电机，高温透平出口连接高温热交换器高温侧进口，高温热交换器高温侧出口连接第一高温回热器高温侧进口，第一高温回热器高温侧出口连接第一低温回热器高温侧进口，第一低温回热器高温侧出口连接冷却器进口，冷却器出口连接水分离器进口，水分离器工质出口连接冷凝器进口，冷凝器出口分两路，分别连接第一二氧化碳泵进口和二氧化碳收集装置进口；所述间接加热超临界二氧化碳循环子系统包括第二低温回热器，第二低温回热器低温侧进口连接所述第一二氧化碳泵出口，第二低温回热器低温侧出口连接第二高温回热器低温侧进口，第二高温回热器低温侧出口连接所述高温热交换器低温侧进口，所述高温热交换器低温侧出口连接低温透平进口，低温透平连接所述发电机，低温透平出口连接第二高温回热器高温侧进口，第二高温回热器高温侧出口连接第二低温回热器高温侧进口，第二低温回热器高温侧出口连接所述冷凝器进口。优选地，所述直燃加热超临界二氧化碳循环子系统还包括燃料供给装置和氧气供给装置，燃料供给装置连接所述燃烧室的燃料进口，氧气供给装置连接所述燃烧室的氧气进口。优选地，所述第一低温回热器连接来自低品位热量或废热的第一外部热源。优选地，所述第二低温回热器连接来自低品位热量或废热的第二外部热源。优选地，所述高温透平、低温透平、发电机同轴布置。优选地，所述间接加热超临界二氧化碳循环子系统采用一次或多次再热方式，并相应的配置多段透平。本专利技术还提供了一种级联型式的超临界二氧化碳动力循环方法，其特征在于：采用上述的级联型式的超临界二氧化碳动力循环系统，步骤为：液态二氧化碳工质经第一二氧化碳泵增压后分为两路，一路供给直燃加热超临界二氧化碳循环子系统，另一路供给间接加热超临界二氧化碳循环子系统；第一二氧化碳泵出来的第一路液态二氧化碳工质经中间冷却器冷却后，进入第二二氧化碳泵进一步增压，再依次经第一低温回热器和第一高温回热器吸热，然后进入燃烧室被燃烧加热，形成的混合工质进入高温透平，混合工质在高温透平中膨胀做功推动发电机产生电力；高温透平排气进入高温热交换器，将高温段热量传递给间接加热超临界二氧化碳循环子系统的工质，再依次经第一高温回热器和第一低温回热器释放余热，然后经冷却器冷却，进入水分离器除湿，再进入冷凝器凝结成液态，燃烧产生的多余二氧化碳进入二氧化碳收集装置，其余的回到第一二氧化碳泵；第一二氧化碳泵出来的另一路液态二氧化碳工质依次进入第二低温回热器和第二高温回热器吸热，再经高温热交换器加热，然后进入低温透平膨胀做功推动发电机产生电力，低温排气依次经第二高温回热器和第二低温回热器释放余热，然后经冷凝器凝结成液态，再回到第一二氧化碳泵。优选地，所述第一二氧化碳循环泵出口压力为15～25MPa。优选地，所述第二二氧化碳循环泵出口压力为25～40MPa。优选地，所述高温透平的进气温度为1000～1200℃。优选地，所述高温透平的高温部件通过抽取进入燃烧室之前的较低温度的工质进行冷却。优选地，所述高温透平的排气气温度不超过900℃。优选地，所述高温透平的排气压力高于且接近二氧化碳冷凝温度对应的饱和压力。优选地，所述低温透平的进气温度不超过750℃。优选地，所述低温透平的排气压力高于且接近二氧化碳冷凝温度对应的饱和压力。优选地，所述级联型式的超临界二氧化碳动力循环系统的发电容量为50MWe～1000MWe。相比现有技术，本专利技术提供的级联型式的超临界二氧化碳动力循环系统具有如下有益效果：1、系统能量利用率高，热端温度高，循环效率高，且可吸收外部低品位热量并以高效率发电。2、系统不排放污染物，100％捕集二氧化碳。3、系统无压缩机，设备简化，可靠性提高。附图说明图1为本实施例提供的级联型式的超临界二氧化碳动力循环系统示意图；附图标记说明：1-第一二氧化碳泵，2-中间冷却器，3-第二二氧化碳泵，4-第一低温回热器，5-第一外部热源，6-第一高温回热器，7-燃烧室，8-燃料供给装置，9-氧气供给装置，10-高温透平，11-发电机，12-冷却器，13-水分离器，14-冷凝器，15-二氧化碳收集装置，16-第二低温回热器，17-第二外部热源，18-第二高温回热器，19-高温热交换器，20-低温透平。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。考虑到间接加热超临界二氧化碳循环的特点，直燃加热超临界二氧化碳循环的透平排气热量适合作为前者的主加热器热源(透平进气温度750℃以下)，且间接加热超临界二氧化碳循环的压力通常选在20MPa左右，不存在上述的材料问题。直燃加热与间接加热的超临界二氧化碳循环互补性好，两者的级联型式可实现高的循环效率，相比扩大膨胀比和冷端压缩方案，还可以省去复杂的压缩设备。图1为本实施例提供的级联型式的超临界二氧化碳动力循环系统示意图，所述的级联型式的超临界二氧化碳动力循环系统包括直燃加热超临界二氧化碳循环子系统和间接加热超临界二氧化碳循环子系统本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种级联型式的超临界二氧化碳动力循环系统，其特征在于：包括直燃加热超临界二氧化碳循环子系统和间接加热超临界二氧化碳循环子系统；/n所述直燃加热超临界二氧化碳循环子系统包括第一二氧化碳泵(1)，第一二氧化碳泵(1)出口连接中间冷却器(2)进口，中间冷却器(2)出口连接第二二氧化碳泵(3)进口，第二二氧化碳泵(3)出口连接第一低温回热器(4)低温侧进口，第一低温回热器(4)低温侧出口连接第一高温回热器(6)低温侧进口，第一高温回热器(6)低温侧出口连接燃烧室(7)工质进口，燃烧室(7)工质出口连接高温透平(10)进口，高温透平(10)连接发电机(11)，高温透平(10)出口连接高温热交换器(19)高温侧进口，高温热交换器(19)高温侧出口连接第一高温回热器(6)高温侧进口，第一高温回热器(6)高温侧出口连接第一低温回热器(4)高温侧进口，第一低温回热器(4)高温侧出口连接冷却器(12)进口，冷却器(12)出口连接水分离器(13)进口，水分离器(13)工质出口连接冷凝器(14)进口，冷凝器(14)出口分两路，分别连接第一二氧化碳泵(1)进口和二氧化碳收集装置(15)进口；/n所述间接加热超临界二氧化碳循环子系统包括第二低温回热器(16)，第二低温回热器(16)低温侧进口连接所述第一二氧化碳泵(1)出口，第二低温回热器(16)低温侧出口连接第二高温回热器(18)低温侧进口，第二高温回热器(18)低温侧出口连接所述高温热交换器(19)低温侧进口，所述高温热交换器(19)低温侧出口连接低温透平(20)进口，低温透平(20)连接所述发电机(11)，低温透平(20)出口连接第二高温回热器(18)高温侧进口，第二高温回热器(18)高温侧出口连接第二低温回热器(16)高温侧进口，第二低温回热器(16)高温侧出口连接所述冷凝器(14)进口。/n...
【技术特征摘要】
1.一种级联型式的超临界二氧化碳动力循环系统，其特征在于：包括直燃加热超临界二氧化碳循环子系统和间接加热超临界二氧化碳循环子系统；
所述直燃加热超临界二氧化碳循环子系统包括第一二氧化碳泵(1)，第一二氧化碳泵(1)出口连接中间冷却器(2)进口，中间冷却器(2)出口连接第二二氧化碳泵(3)进口，第二二氧化碳泵(3)出口连接第一低温回热器(4)低温侧进口，第一低温回热器(4)低温侧出口连接第一高温回热器(6)低温侧进口，第一高温回热器(6)低温侧出口连接燃烧室(7)工质进口，燃烧室(7)工质出口连接高温透平(10)进口，高温透平(10)连接发电机(11)，高温透平(10)出口连接高温热交换器(19)高温侧进口，高温热交换器(19)高温侧出口连接第一高温回热器(6)高温侧进口，第一高温回热器(6)高温侧出口连接第一低温回热器(4)高温侧进口，第一低温回热器(4)高温侧出口连接冷却器(12)进口，冷却器(12)出口连接水分离器(13)进口，水分离器(13)工质出口连接冷凝器(14)进口，冷凝器(14)出口分两路，分别连接第一二氧化碳泵(1)进口和二氧化碳收集装置(15)进口；
所述间接加热超临界二氧化碳循环子系统包括第二低温回热器(16)，第二低温回热器(16)低温侧进口连接所述第一二氧化碳泵(1)出口，第二低温回热器(16)低温侧出口连接第二高温回热器(18)低温侧进口，第二高温回热器(18)低温侧出口连接所述高温热交换器(19)低温侧进口，所述高温热交换器(19)低温侧出口连接低温透平(20)进口，低温透平(20)连接所述发电机(11)，低温透平(20)出口连接第二高温回热器(18)高温侧进口，第二高温回热器(18)高温侧出口连接第二低温回热器(16)高温侧进口，第二低温回热器(16)高温侧出口连接所述冷凝器(14)进口。
2.如权利要求1所述的一种级联型式的超临界二氧化碳动力循环系统，其特征在于：所述直燃加热超临界二氧化碳循环子系统还包括燃料供给装置(8)和氧气供给装置(9)，燃料供给装置(8)连接所述燃烧室(7)的燃料进口，氧气供给装置(9)连接所述燃烧室(7)的氧气进口。
3.如权利要求1所述的一种级联型式的超临界二氧化碳动力循环系统，其特征在于：所述第一低温回热器(4)连接来自低品位热量或废热的第一外部热源(5)。
4.如权利要求1所述的一种级联型式的超临界二氧化碳动力循环系统，其特征在于：所述第二低温回热器(16)连接来自低品位热量或废热的第二外部热源(17)。
5.如权利要求1所述的一种级联型式的超临界二氧化碳动力循环系...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄志强，郑开云，
申请(专利权)人：上海发电设备成套设计研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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